从调频波中"检出"原来调制信号的过程称为调频波的解调,又叫鉴频。![对称式比例鉴频电路](/upload/hcom/20230612004236rxrheo0dj2f.gif)
实现鉴频的电路称为
鉴频器,也叫
频率检波器。常用的鉴频电路有
比例鉴频电路和
相位鉴频电路,它们的工作原理相同,都是先把等幅的调频波变换成幅度按调制信号规律变化的调频调幅波,然后,用振幅检波器把幅度的变化检出来,得到原来的调制信号,这一过程如图Z0919所示。实际电路中应用较多的是比例鉴频电路,比例鉴频电路有对称式和不对称式两种。
对称式比例鉴频电路如图Z0920(a)所示,它由两部分组成。第一部分由电感线圈
L11、L2、L12、L3及电容
C1、C2组成,它把调频信号的频率变化转换成两个电压之间的相位差的变化;第二部分由
D1、C3、R3和
D2、C4、R4组成平衡式振幅检波电路,它把两个电压之间的相位差的变化变换为幅度的变化,并从中检出原来的调制信号。
电路中,
C1、L11、L12和
L2,C2组成双调谐回路,均谐振于载波频率
f0(fC),D1、D2为检波二极管,
R3、C3和
R4、C4是它们的负载。要求电路对称即
D1,D2的特性相同,
R3=R4,C3 = C4。两只二极管顺向相接,与
R3、R4和
L2形成直流通路。
CW容量较大(>10
μF),有稳幅作用。
1.频幅转换过程图
Z0920(a)中,
L12与
L3为强耦合,
L3产生的电压
![对称式比例鉴频电路](/upload/hcom/20230612004236c4wwprttq5h.gif)
与
![对称式比例鉴频电路](/upload/hcom/20230612004236awhqto3bm5k.gif)
大小相等,且同相或反相,这里取同相。
L11、与
L2的互感耦合,在次级回路
C2两端产生电压
U2,则次级两端与中心抽头之间的电压分别为
![对称式比例鉴频电路](/upload/hcom/20230612004236qpyrlg3javo.gif)
和
![对称式比例鉴频电路](/upload/hcom/20230612004236matrpaysemt.gif)
,其等效电路如图
Z0920(b)所示。由此可见,两个振幅检波器的输入电压
![对称式比例鉴频电路](/upload/hcom/20230612004236funyd3fsnt0.gif)
和
![对称式比例鉴频电路](/upload/hcom/20230612004236irowm43dwl0.gif)
分别为:
![对称式比例鉴频电路](/upload/hcom/20230612004237qzuf1sj0si2.gif)
![对称式比例鉴频电路](/upload/hcom/202306120042374s1tb0p1g5n.gif)
由于
![对称式比例鉴频电路](/upload/hcom/20230612004236awhqto3bm5k.gif)
是等幅的调频信号,对应
![对称式比例鉴频电路](/upload/hcom/20230612004236awhqto3bm5k.gif)
的不同频率,次级回路所呈现的阻抗性质和大小也各不相同,因此,次级电压
![对称式比例鉴频电路](/upload/hcom/20230612004237rd1dqzq4f45.gif)
也随之变化,于是,合成电压
![对称式比例鉴频电路](/upload/hcom/20230612004236funyd3fsnt0.gif)
和
![对称式比例鉴频电路](/upload/hcom/20230612004236irowm43dwl0.gif)
的大小将随的
![对称式比例鉴频电路](/upload/hcom/20230612004236awhqto3bm5k.gif)
频率变化而变化。可用向量分析如下:
(1)当
f = f0,即调频信号
![对称式比例鉴频电路](/upload/hcom/20230612004236awhqto3bm5k.gif)
的频率
f等于中心频率时(电路谐振),初级线圈L11的电流
![对称式比例鉴频电路](/upload/hcom/20230612004237sr3snq2q2bi.gif)
的相位滞后
![对称式比例鉴频电路](/upload/hcom/20230612004236awhqto3bm5k.gif)
90°,而次级回路中产生的感应电动势
![对称式比例鉴频电路](/upload/hcom/20230612004237rd1dqzq4f45.gif)
与
![对称式比例鉴频电路](/upload/hcom/20230612004236awhqto3bm5k.gif)
反相并滞后
![对称式比例鉴频电路](/upload/hcom/20230612004237sr3snq2q2bi.gif)
90°。由于次级回路处于谐振状态,其电流
![对称式比例鉴频电路](/upload/hcom/202306120042375zynir22e1l.gif)
与
![对称式比例鉴频电路](/upload/hcom/202306120042373dirc4dbqnp.gif)
必然同相,而
![对称式比例鉴频电路](/upload/hcom/202306120042375zynir22e1l.gif)
在电容
C2上产生的电压
![对称式比例鉴频电路](/upload/hcom/20230612004237vqlcsgyurbe.gif)
又滞后
![对称式比例鉴频电路](/upload/hcom/202306120042375zynir22e1l.gif)
90°,它们的相位关系如图Z0921(a)所示。结果使
![对称式比例鉴频电路](/upload/hcom/20230612004237vqlcsgyurbe.gif)
与
![对称式比例鉴频电路](/upload/hcom/20230612004236awhqto3bm5k.gif)
相位差90°,合成电压
![对称式比例鉴频电路](/upload/hcom/20230612004237vqlcsgyurbe.gif)
如图I0997(a)所示。可见,
![对称式比例鉴频电路](/upload/hcom/20230612004236funyd3fsnt0.gif)
和
![对称式比例鉴频电路](/upload/hcom/20230612004236irowm43dwl0.gif)
大小相等即:|
![对称式比例鉴频电路](/upload/hcom/20230612004236funyd3fsnt0.gif)
| = |
![对称式比例鉴频电路](/upload/hcom/20230612004236irowm43dwl0.gif)
|;
![对称式比例鉴频电路](/upload/hcom/20230612004237amezujvpukl.gif)
(2)当
f > f0,即调频信号
U1的频率
f大于中心频率时,
![对称式比例鉴频电路](/upload/hcom/20230612004236awhqto3bm5k.gif)
、
![对称式比例鉴频电路](/upload/hcom/20230612004237sr3snq2q2bi.gif)
、
![对称式比例鉴频电路](/upload/hcom/202306120042373dirc4dbqnp.gif)
的关系仍和
f =
f0情况一样,只是由于
f >
f0时,次级回路因失谐而呈现电感性(
ωL2>1/ωC2),于是
![对称式比例鉴频电路](/upload/hcom/202306120042375zynir22e1l.gif)
滞后
![对称式比例鉴频电路](/upload/hcom/202306120042373dirc4dbqnp.gif)
一个相角,而
![对称式比例鉴频电路](/upload/hcom/20230612004237vqlcsgyurbe.gif)
又滞后
![对称式比例鉴频电路](/upload/hcom/202306120042375zynir22e1l.gif)
90°,如图Z0921(b)所示,结果
![对称式比例鉴频电路](/upload/hcom/20230612004237vqlcsgyurbe.gif)
与
![对称式比例鉴频电路](/upload/hcom/20230612004236awhqto3bm5k.gif)
相位差小于90°,合成电压如图I0997(b)所示。可见,
![对称式比例鉴频电路](/upload/hcom/20230612004236funyd3fsnt0.gif)
的幅度大于
![对称式比例鉴频电路](/upload/hcom/20230612004236irowm43dwl0.gif)
的幅度,即|
![对称式比例鉴频电路](/upload/hcom/20230612004236funyd3fsnt0.gif)
| > |
![对称式比例鉴频电路](/upload/hcom/20230612004236irowm43dwl0.gif)
|;
(3)当
f <
f0时,即调频信号
![对称式比例鉴频电路](/upload/hcom/20230612004236awhqto3bm5k.gif)
的频率
f小于中心频率时,
![对称式比例鉴频电路](/upload/hcom/20230612004236awhqto3bm5k.gif)
、
![对称式比例鉴频电路](/upload/hcom/20230612004237sr3snq2q2bi.gif)
、
![对称式比例鉴频电路](/upload/hcom/202306120042373dirc4dbqnp.gif)
关系仍不改变,但次级回路因失谐而呈现电容性(
ωL2<1/ωC2),于是
![对称式比例鉴频电路](/upload/hcom/202306120042375zynir22e1l.gif)
超前
![对称式比例鉴频电路](/upload/hcom/202306120042373dirc4dbqnp.gif)
一个角度,而
![对称式比例鉴频电路](/upload/hcom/20230612004237vqlcsgyurbe.gif)
又滞后
![对称式比例鉴频电路](/upload/hcom/202306120042375zynir22e1l.gif)
90°,如图Z0921(c)所示,结果,
![对称式比例鉴频电路](/upload/hcom/20230612004237vqlcsgyurbe.gif)
与
![对称式比例鉴频电路](/upload/hcom/20230612004236awhqto3bm5k.gif)
的相位差大于90°,合成电压如图Z0922(c)所示。可见,
![对称式比例鉴频电路](/upload/hcom/20230612004236funyd3fsnt0.gif)
的幅度小于
![对称式比例鉴频电路](/upload/hcom/20230612004236irowm43dwl0.gif)
的幅度即:|
![对称式比例鉴频电路](/upload/hcom/20230612004236funyd3fsnt0.gif)
| < |
![对称式比例鉴频电路](/upload/hcom/20230612004236irowm43dwl0.gif)
|。
由此可见,调频信号的频率偏移(
±△f)通过鉴频器的谐振回路,转换为
![对称式比例鉴频电路](/upload/hcom/20230612004236funyd3fsnt0.gif)
、
![对称式比例鉴频电路](/upload/hcom/20230612004236irowm43dwl0.gif)
幅度的变化,完成了调频--调幅波的转换。
2.检波过程当次级回路的调频信号使
D1、D2导通时,
D1的检波电流经
C3→L3回到
L2的上半段;
D2的检波电流由
L2的中点
→L3→C4→D2,回到
L2的下半段,分别给
C3、C4充上同向电压
![对称式比例鉴频电路](/upload/hcom/20230612004238ubi1nkiynvb.gif)
,
![对称式比例鉴频电路](/upload/hcom/20230612004238o3it33tvygt.gif)
。与此同时,
D1、D2导通也给
CW充电,而充电回路的时间常数远小于由
CW、R3、R4构成的放电回路的时间常数。
CW两端的电压被充至U2的峰值电压,即
UW≈U2,由图Z0922(a)可知:
因为
R3=R4,检波电路的直流通路建立的
UR3=UR4=UW/2,检波电路的输出电压:
U0 = UPD = -UC3 + UC4 =
![对称式比例鉴频电路](/upload/hcom/20230612004238ugzpa5r4k0p.gif)
= (
UC4 -UC3)/2
GS0920UC3,UC4分别是
![对称式比例鉴频电路](/upload/hcom/20230612004236funyd3fsnt0.gif)
、
![对称式比例鉴频电路](/upload/hcom/20230612004236irowm43dwl0.gif)
产生的检波电流在
C3、C4上形成的电压,即
UC3=K|
![对称式比例鉴频电路](/upload/hcom/20230612004236funyd3fsnt0.gif)
| ,
UC4 = K|
![对称式比例鉴频电路](/upload/hcom/20230612004236irowm43dwl0.gif)
|,K为检波电路的传输系数,因此:
U0 = K(|
![对称式比例鉴频电路](/upload/hcom/20230612004236irowm43dwl0.gif)
| -|
![对称式比例鉴频电路](/upload/hcom/20230612004236funyd3fsnt0.gif)
|)/2
所以,检波输出调制电压(如用于伴音时,调制电压为音频电压)也有下列情况:
(1)当
f = fO时,|
![对称式比例鉴频电路](/upload/hcom/20230612004236funyd3fsnt0.gif)
| = |
![对称式比例鉴频电路](/upload/hcom/20230612004236irowm43dwl0.gif)
|,
U0 = 0(2)当
f >
fO时,(即
f。+ △f );|
![对称式比例鉴频电路](/upload/hcom/20230612004236funyd3fsnt0.gif)
| > |
![对称式比例鉴频电路](/upload/hcom/20230612004236irowm43dwl0.gif)
|,
UC3 >UC4,Uo< 0;
(3)当
f <
fO时,(即
f。-
△f),|
![对称式比例鉴频电路](/upload/hcom/20230612004236funyd3fsnt0.gif)
| < |
![对称式比例鉴频电路](/upload/hcom/20230612004236irowm43dwl0.gif)
|,
UC3 < UC4,Uo�� 0。
这就完成了检波过程。
以上分析可知,鉴频电路当输入调频信号时,输出电压在一定范围内输出正或负的电
压,且输出电压
Uo在一定范围内与频偏
△f成正比。当超出这个范围,则
LC回路失谐,
Uo反而跌落。根据这一特点,可画出如图Z0923所示的鉴频器输出电压与输入信号的频偏变化的关系曲线,称为鉴频特性曲线。
将
![对称式比例鉴频电路](/upload/hcom/20230612004238tjyfj3qyuma.gif)
代入式GS0920可得:
![对称式比例鉴频电路](/upload/hcom/20230612004238f23gemxi1kg.gif)
上式可见,
Uo不取决于
UC3 、UC4本身的大小,而是取决于它们的比值,故称它为比例鉴频器。因此,当输入信号的振幅变化时,
UC3 、UC4也同比例变化,只要
UW及
UC3 与UC4的比值不变,其输出电压就保持不变。由于
CW容量很大,其充电电压相当稳定,使输出电压不受寄生调幅的影响,故此鉴频电路还有限幅作用。
在实际的鉴频电路中,往往给
D1,D2串接如图
Z0920(a)中所示的均衡电阻
R1、R2以调节两检波电路的性能,使之易于对称。
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